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Title:
LITHIUM-CONTAINING COMPOSITE OXIDE AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/084679
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a lithium-containing composite oxide for a positive electrode of a lithium secondary battery, which has a high capacity density, is highly safe, and has excellent charge/discharge cycle durability and charge/discharge rate property. Also disclosed is a method for producing the lithium-containing composite oxide. Specifically disclosed is a lithium-containing composite oxide represented by the general formula: LipNxMyOzFa [wherein N represents at least one element selected from the group consisting of Co, Mn and Ni; M represents at least one element selected from the group consisting of transition metal elements excluding Co, Mn and Ni, Al, Sn and alkali earth metal elements, and p, x, y, z and a satisfy the following formulae: 0.9≤p≤1,2, 0.965≤x<2.00, 0

Inventors:
KAWASATO TAKESHI (JP)
HORICHI KAZUSHIGE (JP)
UCHIDA MEGUMI (JP)
MIHARA TAKUYA (JP)
SAITO NAOSHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2007/074874
Publication Date:
July 17, 2008
Filing Date:
December 25, 2007
Export Citation:
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Assignee:
AGC SEIMI CHEMICAL CO LTD (JP)
KAWASATO TAKESHI (JP)
HORICHI KAZUSHIGE (JP)
UCHIDA MEGUMI (JP)
MIHARA TAKUYA (JP)
SAITO NAOSHI (JP)
International Classes:
C01G51/00; C01G45/00; C01G53/00; H01M4/48; H01M4/485; H01M4/50; H01M4/505; H01M4/52; H01M4/525; H01M4/1315; H01M10/052; H01M10/36
Domestic Patent References:
WO2005064715A12005-07-14
Foreign References:
JP2003077459A2003-03-14
JP2003228733A2003-08-15
JP2004119218A2004-04-15
JP2006318926A2006-11-24
JP2007265758A2007-10-11
Attorney, Agent or Firm:
SENMYO, Kenji et al. (SIA Kanda Square 17, Kanda-konyacho, Chiyoda-k, Tokyo 35, JP)
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Claims:
 一般式Li p N x M y O z F a (但し、Nは、Co、Mn及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、Mは、Co、Mn及びNi以外の遷移金属元素、Al、Sn並びにアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.9≦p≦1.2、0.965≦x<2.00、0<y≦0.035、1.9≦z≦4.2、0≦a≦0.05)で表されるリチウム含有複合酸化物であって、
 該リチウム含有複合酸化物粉末を分級操作により平均粒径Ds 50 が2μm≦Ds 50 ≦8μmである小粒径粒子と平均粒径Dl 50 が10μm≦Dl 50 ≦25μmである大粒径粒子とに分けた場合、小粒径粒子の含有量が15~40重量%であり、大粒径粒子の含有量が60~85重量%であり、かつ、小粒径粒子の上記一般式におけるM元素比(ys)が、0.01≦ys≦0.06であり、大粒径粒子の上記一般式におけるM元素比(yl)が0≦yl≦0.02であり、かつ0≦yl/ys<1であることを特徴とするリチウム含有複合酸化物。
 小粒径粒子の比表面積が0.5~1.5m 2 /gであり、大粒径粒子の比表面積が0.1~0.5m 2 /gであり、さらに小粒径粒子と大粒径粒子を合わせたときの全粒子の比表面積が0.2~0.5m 2 /gである請求項1に記載のリチウム含有複合酸化物。
 M元素が、Mg、Zr、Ti、Hf、Nb、Ta、Sn及びZnからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素並びにAlを含む、請求項1又は2に記載のリチウム含有複合酸化物。
 M元素が、Al又はMgを少なくとも含み、かつ、小粒径粒子に含まれるAlとMgの合計量が、大粒径粒子に含まれるAlとMgの合計量より多い請求項1~3のいずれかに記載のリチウム含有複合酸化物。
 M元素が、Al及びMgを少なくとも含有する請求項1~4のいずれかに記載のリチウム含有複合酸化物。
 M元素が、Al並びに、Zr及びTiの少なくともいずれかを含み、かつ原子比で、Al/(Zr及びTiの合計)の比率が1/20~40/1である請求項1~5のいずれかに記載のリチウム含有複合酸化物。
 小粒径粒子のM元素比(ys)と、大粒径粒子のM元素比(yl)が、0.01≦yl/ys≦0.7である請求項1~6のいずれかに記載のリチウム含有複合酸化物。
 平均粒径が2μm≦D 50 ≦8μmであり、M元素とN元素の合計に対して、1~6原子%のM元素をN元素源に担持させた小粒径前駆体を15~40重量%と、平均粒径が10μm≦D 50 ≦25μmであり、M元素とN元素の合計に対して、多くとも2原子%のM元素をN元素源に担持させた大粒径前駆体を60~85重量%とを含有する混合物と、リチウム源と、必要に応じてフッ素源とを混合し、酸素含有雰囲気において700℃~1100℃で焼成する請求項1~7のいずれかに記載のリチウム含有複合酸化物の製造方法。
 上記N元素源にM元素を担持させた、小粒径前駆体と大粒径前駆体とを含有する混合物がN元素-M元素共沈物である請求項8に記載のリチウム含有複合酸化物の製造方法。
 平均粒径が、2μm≦D 50 ≦8μmの小粒径N元素源を15~40重量%と、平均粒径が、10μm≦D 50 ≦25μmの大粒径N元素源を60~85重量%と、を含有するN元素源と、M元素含有カルボン酸塩の水溶液からなるM元素源とを混合して得られたM元素をN元素源に担持させた前駆体に、リチウム源と、必要に応じてフッ素源とを混合し、酸素含有雰囲気において700℃~1100℃で焼成する請求項1~7のいずれかに記載のリチウム含有複合酸化物の製造方法。
 上記M元素含有カルボン酸塩が、クエン酸、マレイン酸、乳酸及び酒石酸からなる群から選ばれる少なくとも1種の酸塩である請求項10に記載のリチウム含有複合酸化物の製造方法。
 上記Mカルボン酸塩水溶液が、pH2~12を有する請求項10又は11に記載のリチウム含有複合酸化物の製造方法。
 N元素源が、ニッケル塩、コバルト塩、ニッケル-コバルト共沈物、及びニッケル-コバルト-マンガン共沈物からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項8~12のいずれかに記載のリチウム含有複合酸化物の製造方法。
 N元素源が、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト、四三酸化コバルト及び炭酸コバルトからなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項8~13のいずれかに記載のリチウム含有複合酸化物の製造方法。
 請求項8~14のいずれかに記載の製造方法により製造されたリチウム含有複合酸化物。
 正極活物質、バインダー及び導電材を含む正極であって、前記正極活物質に請求項1~7のいずれかに記載のリチウム含有複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極。
 正極、負極、非水電解質及び電解液を含むリチウム二次電池であって、前記正極に請求項16に記載された正極を使用したリチウム二次電池。
Description:
リチウム含有複合酸化物及びそ 製造方法

 本発明は、体積容量密度が大きく、安全 が高く、サイクル特性及び充放電レート特 に優れた、リチウム二次電池正極用のリチ ム含有複合酸化物の製造方法、製造された チウム含有複合酸化物を含むリチウム二次 池用正極及びリチウム二次電池に関する。

 近年、機器のポータブル化、コードレス化 進むにつれ、小型、軽量でかつ高エネルギ 密度を有するリチウム二次電池などの非水 解液二次電池に対する要求がますます高ま ている。かかる非水電解液二次電池用の正 活物質には、LiCoO 2 、LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 、LiNiO 2 、LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 、LiMn 2 O 4 、LiMnO 2 などのリチウムと遷移金属等との複合酸化物 (本明細書において、リチウム含有複合酸化 ということがある)が知られている。
 なかでも、LiCoO 2 を正極活物質として用い、リチウム合金、又 はグラファイト若しくはカーボンファイバー などのカーボンを負極として用いたリチウム 二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため 高エネルギー密度を有する電池として広く 用されている。

 しかしながら、LiCoO 2 を正極活物質として用いた非水系二次電池の 場合、正極電極層の単位体積あたりの容量密 度(本明細書において、体積容量密度という とがある)及び安全性の更なる向上が望まれ とともに、充放電サイクルを繰り返し行う とによる放電容量の減少に関するサイクル 性の問題、また重量容量密度の問題、ある は充放電レート特性の問題などがあった。

 これらの課題を解決するために、従来、下 のように、種々の検討がなされている。
 例えば、放電容量やサイクル特性を向上さ るために、粒度分布にピークが2個以上存在 するリチウム含有複合酸化物粒子が提案され ている(特許文献1及び特許文献2参照)。
 更には、充放電レート特性、サイクル特性 充填性又は安全性などの電池特性を向上さ るために、粒径が1~6μmの小粒径リチウムコ ルト複合酸化物と粒径が15~22μmの大粒径リ ウムコバルト複合酸化物とを混合した複合 化物、又は平均粒子径が5~30μmであるリチウ 含有複合酸化物と平均粒子径が0.1~10μmであ リチウム含有複合酸化物とを混合した複合 化物が提案されている(特許文献3及び特許 献4参照)。

 また、サイクル特性、放電容量、充放電効 又は安全性などの電池特性を向上させるた に、リチウム源、ニッケル源、コバルト源 マンガン源などの原料が溶解している溶液 蓚酸、マレイン酸、乳酸、クエン酸などを 加して、元素が均一に溶解した溶液を用い ことで得られるリチウム含有複合酸化物が 案されている(特許文献5及び特許文献6参照) 。

特開2000-82466号公報

特開2002-279984号公報

特開2002-93417号公報

特開2004-182564号公報

特開2000-128546号公報

特開2006-93067号公報

 特許文献1~特許文献4に記載のリチウムコバ ト複合酸化物は、充填性は向上するが、比 面積が大きい小粒径のリチウム含有複合酸 物を含むため、特に安全性が低下する問題 あった。また大粒径のリチウム含有複合酸 物を含むため、充放電レート特性が低下す 問題点があった。
 また、特許文献5及び特許文献6に記載のリ ウムコバルト複合酸化物は、元素を添加す ことにより、サイクル特性、安全性は向上 るが、充放電効率の低下に伴って、放電容 が低下し、また充填性が低下する問題があ た。
 上記のように、リチウム含有複合酸化物か なるリチウム二次電池用正極における各特 は、トレードオフの関係にあるために、高 放電容量、高い充填性、高い安全性及び優 た充放電レート特性を有するリチウムコバ ト複合酸化物を得るのは非常に困難であっ 。
 そこで、本発明は、リチウム二次電池用正 として使用した場合に、体積容量密度が大 く、安全性が高く、サイクル特性に優れ、 には、充放電レート特性に優れたリチウム 有複合酸化物、該リチウム含有複合酸化物 安価な製造方法、製造されたリチウム含有 合酸化物を含む、リチウム二次電池用正極 及びリチウム二次電池の提供を目的とする

 本発明者は、鋭意研究を続けたところ、下 を要旨とする発明により、上記の課題が良 に達成されることを見出した。
(1)一般式Li p N x M y O z F a (但し、Nは、Co、Mn及びNiからなる群から選ば る少なくとも1種の元素であり、Mは、Co、Mn びNi以外の遷移金属元素、Al、Sn並びにアル リ土類金属元素からなる群から選ばれる少 くとも1種の元素であり、0.9≦p≦1.2、0.965≦ x<2.00、0<y≦0.035、1.9≦z≦4.2、0≦a≦0.05) 表されるリチウム含有複合酸化物であって
 該リチウム含有複合酸化物粉末を分級操作 より平均粒径Ds 50 が2μm≦Ds 50 ≦8μmである小粒径粒子と平均粒径Dl 50 が10μm≦Dl 50 ≦25μmである大粒径粒子とに分けた場合、小 径粒子の含有量が15~40重量%であり、大粒径 子の含有量が60~85重量%であり、かつ、小粒 粒子の上記一般式におけるM元素比(ys)が、0. 01≦ys≦0.06であり、大粒径粒子の上記一般式 おけるM元素比(yl)が0≦yl≦0.02であり、かつ0 ≦yl/ys<1であることを特徴とするリチウム 有複合酸化物。
(2)小粒径粒子の比表面積が0.5~1.5m 2 /gであり、大粒径粒子の比表面積が0.1~0.5m 2 /gであり、さらに小粒径粒子と大粒径粒子を わせたときの全粒子の比表面積が0.2~0.5m 2 /gである上記(1)に記載のリチウム含有複合酸 物。
(3)M元素が、Mg、Zr、Ti、Hf、Nb、Ta、Sn及びZnか なる群から選ばれる少なくとも1種の元素並 びにAlを含む、上記(1)又は(2)に記載のリチウ 含有複合酸化物。
(4)M元素が、Al又はMgを少なくとも含み、かつ 小粒径粒子に含まれるAlとMgの合計量が、大 粒径粒子に含まれるAlとMgの合計量より多い 記(1)~(3)のいずれかに記載のリチウム含有複 酸化物。
(5)M元素が、Al及びMgを少なくとも含有する上 (1)~(4)のいずれかに記載のリチウム含有複合 酸化物。
(6)M元素が、Al並びに、Zr及びTiの少なくとも ずれかを含み、かつ原子比で、Al/(Zr及びTiの 合計)の比率が1/20~40/1である上記(1)~(5)のいず かに記載のリチウム含有複合酸化物。
(7)小粒径粒子のM元素比(ys)と、大粒径粒子のM 元素比(yl)が、0.01≦yl/ys≦0.7である上記(1)~(6) いずれかに記載のリチウム含有複合酸化物
(8)平均粒径が2μm≦D 50 ≦8μmであり、M元素とN元素の合計に対して、 1~6原子%のM元素をN元素源に担持させた小粒径 前駆体を15~40重量%と、平均粒径が10μm≦D 50 ≦25μmであり、M元素とN元素の合計に対して 多くとも2原子%のM元素をN元素源に担持させ 大粒径前駆体を60~85重量%とを含有する混合 と、リチウム源と、必要に応じてフッ素源 を混合し、酸素含有雰囲気において700℃~110 0℃で焼成する上記(1)~(7)のいずれかに記載の チウム含有複合酸化物の製造方法。
(9)上記N元素源にM元素を担持させた、小粒径 駆体と大粒径前駆体とを含有する混合物がN 元素-M元素共沈物である(8)に記載の製造方法
(10)平均粒径が、2μm≦D 50 ≦8μmの小粒径N元素源を15~40重量%と、平均粒 が、10μm≦D 50 ≦25μmの大粒径N元素源を60~85重量%と、を含有 するN元素源と、M元素含有カルボン酸塩の水 液からなるM元素源とを混合して得られたM 素をN元素源に担持させた前駆体に、リチウ 源と、必要に応じてフッ素源とを混合し、 素含有雰囲気において700℃~1100℃で焼成す 上記(1)~(7)のいずれかに記載のリチウム含有 合酸化物の製造方法。
(11)上記M元素含有カルボン酸塩が、クエン酸 マレイン酸、乳酸及び酒石酸からなる群か 選ばれる少なくとも1種の酸塩である上記(10 )に記載の製造方法。
(12)上記Mカルボン酸塩水溶液が、pH2~12を有す 上記(10)又は(11)に記載の製造方法。
(13)N元素源が、ニッケル塩、コバルト塩、ニ ケル-コバルト共沈物、及びニッケル-コバ ト-マンガン共沈物からなる群から選ばれる なくとも1種である上記(8)~(12)のいずれかに 載の製造方法
(14)N元素源が、水酸化コバルト、オキシ水酸 コバルト、四三酸化コバルト及び炭酸コバ トからなる群から選ばれる少なくとも1種で ある上記(8)~(13)のいずれかに記載の製造方法
(15)上記(8)~(14)のいずれかに記載の製造方法に より製造されたリチウム含有複合酸化物。
(16)正極活物質、バインダー及び導電材を含 正極であって、前記正極活物質に上記(1)~(7) いずれかに記載のリチウム含有複合酸化物 含むリチウム二次電池用正極。
(17)正極、負極、非水電解質及び電解液を含 リチウム二次電池であって、前記正極に上 (16)に記載された正極を使用したリチウム二 電池。

 本発明によれば、リチウム二次電池用正極 して使用した場合に、体積容量密度が大き 、安全性が高く、サイクル特性に優れ、更 は、充放電レート特性に優れたリチウム含 複合酸化物、該リチウム含有複合酸化物の 造方法、製造されたリチウム含有複合酸化 を含む、リチウム二次電池用正極、及びリ ウム二次電池が提供される。
 本発明により提供されるリチウム含有複合 化物が、何故に上記のごとき、リチウム二 電池用正極として優れた特性を発揮するか ついては必ずしも明らかではないが、ほぼ のように考えられる。

 リチウムコバルト複合酸化物などのリチ ム含有複合酸化物からなる正極を使用する チウム二次電池では、電池の充電状態にお て、加熱された場合に起こる熱暴走に対す 安全性を向上させるために、リチウムコバ ト複合酸化物におけるコバルトの一部をAl Mgで置換することが行われている。しかし、 この場合に、活物質の重量あたりの放電容量 が低下するとともに、粉体粒子の密度が低下 して、体積容量密度が小さくなる。また、添 加量が多いほど安全性は向上するが、放電容 量の低下も大きくなる。

 これを解決するために、例えば特許文献1 に見られるように、リチウムコバルト複合酸 化物の粒度分布を制御して、大粒径粒子の隙 間に小粒径粒子が最密充填するようなリチウ ムコバルト複合酸化物が提案されている。し かし、従来は、大粒径粒子も小粒径粒子も同 じ組成のリチウムコバルト複合酸化物から構 成していた。リチウムコバルト複合酸化物か らなる正極を使用するリチウム二次電池は、 粒径が大きくなるほど、比表面積が小さくな り安全性は向上するが、比表面積の低下とリ チウムの拡散律速によって充放電レート特性 は低下する。逆に、粒径が小さくなると、充 放電レート特性は向上するが、安全性が低下 する。このため、従来のリチウムコバルト複 合酸化物は、安全性、充放電レート特性、1 目の充放電を行ったときの充放電効率(本明 書において、単に充放電効率ということが る)などの点で満足し得ないものであった。

 本発明のリチウム含有複合酸化物では、大 径粒子及び小粒径粒子において、これらを 成するリチウムコバルト複合酸化物の添加 素組成が異なり、同時に、大粒径粒子を構 するリチウムコバルト複合酸化物において N元素のM元素における置換割合を小粒径のN 素のM元素における置換割合より小さくして いる。
 前述のように、リチウムコバルト複合酸化 に添加する元素の量が多くなるほど安全性 向上するが、充放電効率や充放電レート特 が低下する。小粒径粒子に対する元素の添 量を増やすことで、比表面積が大きいこと よる、小粒径粒子の低い安全性を向上させ ことができ、かつリチウムイオンの拡散距 が大粒径粒子に比べて短いことから、充放 効率や充放電レート特性が比較的高い。そ ため、安全性、充放電効率及び充放電レー 特性の全てが高い小粒径粒子を得ることが きる。一方、大粒径粒子では、比表面積が さいので、安全性が高いが、リチウムイオ の拡散距離が小粒径粒子に比べて長いため 充放電効率及び充放電レート特性が比較的 い。元素の添加量が多いと、充放電特性及 充放電レート特性が下がる傾向が見られる で、大粒径粒子に対する元素の添加量は少 くして、安全性、充放電効率及び充放電レ ト特性の全てが高い大粒径粒子を得ること できる。このような粒子を用いることで、 積容量密度と安全性が高く、充放電効率や 放電レート特性といった電池特性に優れた 極活物質を提供することができる。
 このように、大粒径粒子と小粒径粒子の含 割合、比表面積、及びM元素を含有する割合 などを適切に調節するにより、安全性を制御 しつつ、大粒径粒子と小粒径粒子とにおける リチウムの拡散時間に違いによる充放電効率 を制御して、高い安全性、高い充放電レート 特性、更に充放電効率の低下が抑制されたリ チウム二次電池用正極活物質が得られると推 定される。

 本発明で提供されるリチウム含有複合酸化 は、一般式Li p N x M y O z F a で表される。かかる一般式における、p、x、y 、z及びaは上記に定義される。なかでも、p、 x、y、z及びaは下記が好ましい。0.95≦p≦1.2、 0.965≦x<1.00、0<y≦0.035、1.9≦z≦2.1、0≦a 0.05。ここで、aが0より大きいときには、酸 原子の一部がフッ素原子で置換された複合 化物になるが、この場合には、得られた正 活物質の安全性が向上する。またaが0である 場合、放電容量の減少が抑制される傾向が見 られ、好ましい場合がある。p、x、y、z及びa 下記が特に好ましい。0.97≦p≦1.03、0.97≦x 0.9995、0.0005≦y≦0.03、1.95≦z≦2.05、0.001≦a≦ 0.01。
 上記一般式において、N元素は、Co、Mn及びNi からなる群から選ばれる少なくとも1種であ 。なかでも、Co;Ni;CoとNi;MnとNi;又はCoとNiとMn ある場合が好ましく、特にCoが好ましい。

 本発明において、M元素は、Co、Mn及びNi以 外の遷移金属元素;Al;Sn並びにアルカリ土類金 属からなる群から選ばれる少なくとも1種の 素を含有する。ここで、上記の遷移金属元 は、周期表の4族、5族、6族、7族、8族、9族 10族、11族、又は12族の遷移金属を表す。な でも、M元素は、Al、Zr、Ti、Hf、Nb、Ta、Mg、Sn 及びZnからなる群から選ばれる少なくとも1種 の元素を含むことが好ましい。特に、放電容 量、安全性、サイクル特性などの見地より、 M元素は、Al、Ti、Zr、Nb、又はMgを含むのが好 しい。

 本発明のリチウム含有複合酸化物粉末を分 操作により平均粒径Ds 50 が2μm≦Ds 50 ≦8μmである小粒径粒子と、平均粒径Dl 50 が10μm≦Dl 50 ≦25μmである大粒径粒子とに分けた場合、小 径粒子の含有量が15~40重量%にあり、大粒径 子の含有量が60~85重量%にある。

 本発明のリチウム含有複合酸化物を分級 る方法は、特に限定されることなく種々の 法で行われる。例えば、篩等に代表される 開きを通過させる手法で分級することがで る。また、気流による移動度の違いによる 級方法でも可能である。このような気流分 法を用いた方が、簡便に精度よく分級でき 具体的な装置としては、エルボージェット 級機が好ましく用いることができる。

 なお、本発明において、Dl 50 は、レーザー散乱粒度分布測定装置で測定し た体積基準の大粒径粒子の平均粒径D 50 である。Ds 50 は、レーザー散乱粒度分布測定装置で測定し た体積基準の小粒径粒子の平均粒径D 50 である。小粒径粒子の粒径が大きくなると最 密充填出来なくなるので密度が低下し、大粒 径粒子の粒径が小さくなると、最密充填出来 なくなるとともに、最密充填した場合でも大 きな粒径に比べて空隙が大きくなるため好ま しくない。特に好ましくは、小粒径粒子の含 有量が、20~35重量%であり、大粒径粒子の含有 量が65~80重量%であるのが好適である。

 本発明では、小粒径粒子についての上記 般式におけるM元素比(ys)は、大粒径粒子に いての上記一般式におけるM元素比(yl)より大 きい。すなわち、0.01≦ys≦0.06、0≦yl≦0.02で るのが好ましく、更に好ましくは、0.02≦ys 0.05、0.001≦yl≦0.01である。また、0≦yl/ys< 1であるが、好ましくは0.01≦yl/ys≦0.7であり より好ましくは0.02≦yl/ys<0.5である。ys、yl が上記の範囲内にある場合、放電容量、サイ クル特性又は充放電レート特性を更に向上で きる傾向がある。また本発明のリチウム含有 複合酸化物を大量に製造するにあたり、製造 再現性を更に向上でき、効率良く製造できる 傾向がある。また、安全性においては、ysとy lとを合計した元素添加量が多いほど好まし が、特に小粒径粒子のM元素比(ys)が大粒径粒 子のM元素比(yl)より大きい、すなわちyl/ysの が小さいほど、安全性が向上して、かつ充 電効率及び充放電レート特性を向上できる め、yl/ysは上記の範囲にある方が好ましい。 なお、粒子に含まれるM元素量はICP分析(高周 誘導結合プラズマ発光分析)装置などで分析 することができる。

 本発明で、M元素は、複数の元素を含有す るのが好ましいが、特に、M元素がAlとMgを含 、AlとMgが原子比で好ましくは1/3~3/1、特に ましくは2/3~3/2であり、かつyが好ましくは、 0.005≦y≦0.025、特に好ましくは0.01≦y≦0.02で る場合には、電池性能のバランス、即ち、 量容量密度、安全性、サイクル特性のバラ スがよいので特に好ましい。

 また、M元素がMgとM2(M2はTi、Zr、Ta、及びNb からなる群から選ばれる少なくとも1種の元 である)とからなり、M2とMgが原子比で好まし くは1/40~2/1、特に好ましくは1/30~1/5であり、 つyが好ましくは0.005≦y≦0.025、特に好まし は0.01≦y≦0.02である場合には、電池性能の ランス、即ち、重量容量密度、体積容量密 、安全性、サイクル特性のバランスがよい で特に好ましい。

 また、本発明において、M元素がZrとMgか なり、ZrとMgが原子比で好ましくは1/40~2/1、 に好ましくは1/30~1/5であり、かつyが好まし は0.005≦y≦0.025、特に好ましくは0.01≦y≦0.02 である場合には、電池性能のバランス、即ち 、重量容量密度、体積容量密度、安全性、サ イクル特性のバランスがよいので特に好まし い。

 また、本発明において、M元素がMgとAlと 更にZr及び/又はTiと、を含有すると、特に電 池性能のバランス、即ち、重量容量密度、体 積容量密度、安全性、サイクル特性のバラン スがよいので特に好ましい。この場合、MgとA lの合計モル数の1/2~1/20のZr及び/又はTiの共存 好ましい。

 本発明のリチウム含有複合酸化物は種々の 法で製造することができる。例えば、以下 (a)及び(b)などの方法が挙げられる。
(a)平均粒径が2μm≦D 50 ≦8μmであり、M元素とN元素の合計に対して、 1~6原子%、好ましくは2~5原子%のM元素をN元素 に担持させた小粒径前駆体を15~40重量%、好 しくは20~35重量%と、平均粒径が10μm≦D 50 ≦25μmであり、M元素とN元素の合計に対して 多くとも2原子%、好ましくは多くとも1.5原子 %のM元素をN元素源に担持させた大粒径前駆体 を60~85重量%、好ましくは65~80重量%とを含有す る混合物と、リチウム源と、必要に応じてフ ッ素源とを混合し、酸素含有雰囲気において 700℃~1100℃で焼成する。
(b)平均粒径が2μm≦D 50 ≦8μmの小粒径N元素源を15~40重量%、好ましく 20~35重量%、及び10μm≦D 50 ≦25μmの大粒径N元素源を60~85重量%、好ましく は65~80重量%を含有するN元素源と、M元素含有 ルボン酸塩の水溶液からなるM元素源とを混 合して得られたM元素をN元素源に担持させた 駆体に、リチウム源と、必要に応じてフッ 源とを混合し、酸素含有雰囲気において700 ~1100℃で焼成する。

 上記(a)の方法において、M元素をN元素源 担持させた、小粒径前駆体粒子及び大粒径 駆体粒子として、N元素-M元素の共沈物を用 ると、前駆体粒子の内部に均一にM元素を存 させることができるので好ましい。この場 は、小粒径前駆体粒子及び大粒径前駆体粒 では、M元素の含有量を変える必要がある。

 N元素-M元素の共沈体は、M元素塩とN元素 とを溶解した水溶液に対してpH調整剤とアル カリとを添加して、析出させたN元素及びM元 を含む硫酸塩、塩酸塩、硝酸塩等を用いる とができる。pH調整剤としては、アンモニ 、重炭酸アンモニウム等を用いることがで る。アルカリとしては、水酸化ナトリウム 水酸化カリウム、水酸化リチウム等の水酸 物等を用いることができる。

 上記(b)の方法においては、M元素含有カルボ ン酸塩の水溶液に対して、小粒径N元素源及 大粒径N元素源を混合し、溶媒を乾燥するこ により上記前駆体を得ることが好ましい。 なわち、平均粒径が2μm≦D 50 ≦8μmの小粒径N元素源を15~40重量%、好ましく 20~35重量%、及び10μm≦D 50 ≦25μmの大粒径N元素源を60~85重量%、好ましく は65~80重量%を含有するN元素源と、M元素含有 ルボン酸塩の水溶液からなるM元素源と、を 混合し、溶媒を乾燥させるのが好ましい。か くすることにより、小粒径N元素源粒子は大 径N元素源粒子より、比表面積が大きく、細 容積も大きいので溶液の吸収量が多くなり 結果的にM元素含有量が多くなるので、2種 の前駆体粒子を別個に製造することなく、 粒径N元素源粒子のM元素含有量が多く、大粒 径N元素源粒子のM元素含有量が少ない前駆体 子を得ることができる。特に、前駆体の粒 分布のヒストグラムが、通常見られる正規 布ではなく、大粒径側と小粒径側とに二山 状、又は小粒径側にテールを引いている形 である場合、大粒径N元素源の溶液の吸収量 と小粒径N元素源の溶液の吸収量との差が大 くなり、ylとysの差も大きくなるため好まし 。なおM元素塩水溶液と各N元素源粉末との 合物からの水媒体を除く場合、該混合物を 好ましくは50~200℃、特に好ましくは80~120℃ て、通常0.1~10時間乾燥することにより行わ る。M元素源として、M元素含有カルボン酸塩 の水溶液を用いる場合、N元素源等と均一に 合できるので好ましい。この場合、リチウ 含有複合酸化物が更に高密度で、N元素の一 が更に均一にM元素で置換された正極活物質 が得ることができる。

 本発明で、M元素源として使用される、M 素含有カルボン酸塩水溶液としては、分子 にM元素を含むカルボン酸(例えば、カルボン 酸のM元素塩、及びM元素含有錯体など)のみな らず、カルボン酸と化合物中にM元素を含ん 成るカルボン酸との混合物も含まれる。本 明では、M元素含有カルボン酸塩としては、 ルボキシル基を2つ以上有するか、又はカル ボキシル基と水酸基若しくはカルボニル基と を合計で2つ以上有するカルボン酸塩酸は溶 度が高く、水溶液中でのM元素濃度を高くで るので好ましく使用される。特にカルボキ ル基が2~4個存在し、加えて水酸基が1~4個共 する分子構造を有する場合には溶解度を高 できるので好ましい。M元素含有カルボン酸 は、なかでも、炭素数2~8の脂肪族カルボン酸 が好ましい。炭素数が9以上であると、カル ン酸とM元素とを含む化合物の水溶液におけ 溶解度が低下するので好ましくない。特に ましい炭素数は2~6である。

 上記炭素数2~8の好ましい脂肪族カルボン としては、クエン酸、酒石酸、蓚酸、マロ 酸、マレイン酸、リンゴ酸、葡萄酸、乳酸 グリオキシル酸などであり、特に、クエン 、マレイン酸、乳酸、又は酒石酸は、溶解 を高くでき、比較的安価であるので好まし 。酸性度の高いカルボン酸を用いるときは 該カルボン酸とM元素とを含む化合物水溶液 のpHが2未満であるとN元素源の元素によって 溶解しやすくなる場合があるので、アンモ ア等の塩基を添加してpHを2~12にすることが ましい。pHが12を超えるとN元素源の元素によ っては溶解しやすくなるので好ましくない場 合がある。

 本発明において使用されるM元素含有カル ボン酸塩水溶液は、実質的に水溶液であるこ とが必要であり、懸濁水溶液又はコロイド形 態の水溶液は本発明には含まれない。懸濁水 溶液又はコロイド形態の水溶液を用いると、 本発明の効果が十分に得られないからである 。また、実質的に水溶液とは、本発明の効果 が得られるので、その水溶液に一部コロイド 形態、懸濁形態を含有してもよいことを意味 する。

 上記カルボン酸とM元素とを含有する化合 物の水溶液を作製するために用いるM元素源 しては、使用するカルボン酸水溶液に均一 溶解又は分散するものがより好ましい。例 ば、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等 無機塩や、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸 等の有機塩、及び有機金属キレート錯体や 金属アルコキシドをキレート等で安定化し 化合物でもよい。なかでも、酸化物、水酸 物、オキシ水酸化物、水溶性の炭酸塩、硝 塩、酢酸塩、シュウ酸塩やクエン酸塩がよ 好ましい。特に、クエン酸塩が溶解度が大 く好ましい。また、シュウ酸塩やクエン酸 水溶液はpHが低いので、N元素源粉末に含浸 せる過程でN元素源粉末からN元素を溶解して しまう場合があるが、その場合には、カルボ ン酸にアンモニアを添加して、好ましくはpH 2~12にするのが好ましい。

 M元素源としては、例えば、Alの場合には 酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、 酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、シュ 酸アルミニウム、クエン酸アルミニウム、 酸アルミニウム、塩基性乳酸アルミニウム 及びマレイン酸アルミニウムが使用される なかでも、乳酸アルミニウム及び/又はマレ イン酸アルミニウムを用いて得られるカルボ ン塩水溶液は、水溶液中のAl濃度を高くでき ので好ましい。また、例えば、Zrである場 、炭酸ジルコニウムアンモニウム、ハロゲ 化ジルコニウムアンモニウムが好ましい。 た、Tiの場合は乳酸チタン水溶液を用いるの が好ましい。

 本発明で使用される上記カルボン酸とM元 素とを含有する化合物の水溶液を作成する場 合には、必要に応じて加温しながら行うこと が好ましい。好ましくは40℃~80℃、特に好ま くは50℃~70℃に加温するとよい。加温によ て、M元素源の溶解が容易に進み、M元素源を 短時間に安定して溶解することができる。

 本発明で使用される上記M元素含有カルボ ン酸塩水溶液の濃度は、後の工程で乾燥によ り水媒体を除去する必要がある点から高濃度 の方が好ましい。しかし、高濃度過ぎると粘 度が高くなり、正極活物質を形成する他の元 素源粉末との均一混合性が低下し、またN元 源粉末に溶液が浸透しにくくなるので、好 しくは1~30重量%、特には4~20重量%が好ましい

 上記M元素含有カルボン酸塩水溶液には、 メタノール、エタノールなどのアルコールや 、錯体を形成させる効果のあるポリオールな どを含有させることができる。ポリオールと しては、エチレングリコール、プロピレング リコール、ジエチレングリコール、ジプロピ レングリコール、ポリエチレングリコール、 ブタンジオール、グリセリン等が例示される 。その場合の含有量としては、好ましくは1~2 0重量%である。

 本発明では、M元素源として、上記M元素含 カルボン酸塩水溶液を使用するのが一つの 徴であるが、リチウム複合酸化物に含まれ 他の成分であるリチウム源としては、炭酸 チウムあるいは水酸化リチウムが好ましく 用される。特に炭酸リチウムが安価で好ま い。リチウム源は、平均粒径D 50 が2~25μmの粉末が好ましく用いられる。フッ 源としては、LiF、MgF 2 などの金属フッ化物が選択される。

 本発明で使用されるN元素源としては、コ バルト塩、ニッケル塩、マンガン塩、ニッケ ル-コバルト共沈物、ニッケル-マンガン共沈 、コバルト-マンガン共沈物、ニッケル-コ ルト-マンガン共沈物、からなる群から選ば る少なくとも1種が用いられる。コバルト塩 、ニッケル塩、としては、実質的に水に不溶 の塩、例えば、水酸化物、オキシ水酸化物、 酸化物、炭酸塩等が例示される。具体的には 、N元素がコバルトの場合には、炭酸コバル 、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト 酸化コバルトなどが好ましく使用される。 に水酸化コバルトあるいはオキシ水酸化コ ルトは、性能が発現しやすいので好ましい また、N元素がニッケルの場合には、水酸化 ッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化ニッ ル、炭酸ニッケルなどが好ましく使用され 。N元素がマンガンの場合には、水酸化マン ガン、炭酸マンガン、オキシ水酸化マンガン 、酸化マンガンなどが好ましく使用される。

 また、上記ニッケル-コバルト共沈物として は、ニッケル-コバルト共沈水酸化物、ニッ ル-コバルト共沈オキシ水酸化物、ニッケル- コバルト共沈酸化物、ニッケル-コバルト共 炭酸塩が好ましい。更に、具体的には、ニ ケルとコバルトを含むN元素源は、Ni 0.8 Co 0.2 OOH、Ni 0.8 Co 0.2 (OH) 2 などが好ましく使用される。

 本発明において、N元素がCoである場合、 チウム複合酸化物中のLiと、N元素とM元素の 合計のモル比Li/(N+M)は、特に0.97~1.03であるこ が好ましい。この場合、リチウム複合酸化 の粒成長が促進され、充填性がより高い粒 を得ることができる。

 本発明において、リチウム複合酸化物にF 元素を含有せしめる場合は、F元素は、いず もリチウム含有複合酸化物粒子の表面に存 していることが好ましい。これらの元素が 面に存在することにより、少量の添加で電 性能の低下を招来することなく、安全性、 放電サイクル特性等の重要な電池特性を改 できる。これらの元素が表面に存在するこ は、正極粒子についての、分光分析、例え 、XPS分析(X線光電子分光法分析)を行うこと より判断できる。

 本発明においては、M元素源として、M元 含有カルボン酸塩水溶液を使用し、該M元素 有カルボン酸塩が、カルボキシル基を2つ以 上有するか、又はカルボキシル基と水酸基若 しくはカルボニル基とを合計で2つ以上有す カルボン酸塩であり、N元素源、M元素源、及 び必要に応じてフッ素源を含むリチウム複合 酸化物粉末を酸素含有雰囲気において700℃~11 00℃で焼成することにより得られる。

 本発明において、M元素塩水溶液を、N元 源粉末、リチウム源粉末、フッ素源などと 合する方法としては、M元素塩水溶液を各成 の粉末にスプレー噴霧して含浸させる手段 又は、容器に収納されたM元素塩水溶液中に 各成分粉末を投入して攪拌して含浸させる手 段などが使用できる。更には、2軸スクリュ ニーダー、アキシアルミキサー、パドルミ サー、タービュライザーなどを使用し、M元 塩水溶液を各成分の粉末とがスラリーを形 するように混合する手段も使用できる。こ 場合、スラリー中の固形分濃度としては、 一に混合される限り高い濃度の方が好まし が、通常、固体/液体比(重量基準)は30/70~90/1 0、特に好ましくは50/50~80/20が好適である。ま た、上記スラリーの状態で減圧処理を行うと 、各成分粉末に溶液がより浸透し好ましい。

 M元素塩水溶液と各成分粉末との混合物か らの水媒体を除く場合、該混合物を、好まし くは50~200℃、特に好ましくは80~120℃にて、通 常0.1~10時間乾燥することにより行われる。混 合物中の水媒体は後の焼成工程で除去される ために、この段階で必ずしも完全に除去する 必要はないが、焼成工程で水分を気化させる のに多量のエネルギーが必要になるので、で きる限り除去しておくのが好ましい。

 本発明では、上記混合物の乾燥を行い、 要に応じて、該混合物の造粒を同時に行う が好ましいが、これを実施する方法として 、スプレードライ、フラシュドライ、ベル ドライヤー、レーディゲミキサー、2軸スク リュードライヤーとしては、サーモプロセッ サや、パドルドライヤー等が例示される。な かでもスプレードライを用いた場合が生産性 が高いので特に好ましい。乾燥、造粒方式と して、スプレードライを用いた場合は、造粒 後の二次粒子からなる造粒粒子径は、噴霧形 式、加圧気体供給速度、スラリー供給速度、 乾燥温度等を選ぶことにより制御できる。

 本発明では、乾燥造粒後の二次粒子からな 焼成前のリチウム複合酸化物の前駆体の粒 が、本発明で最終的に得られるリチウム含 複合酸化物の粒径にほぼ反映される。本発 において、乾燥後、二次粒子の集合体から る前駆体の平均粒径D 50 は、小粒径側では2~8μm、大粒径側が10~25μmが ましい。

 本発明で平均粒径D 50 とは、体積基準で粒度分布を求め、全体積を 100%とした累積カーブにおいて、その累積カ ブが50%となる点の粒径である、体積基準累 50%径(D 50 )を意味する。なお本発明において単にD 50 ということがある。またD 10 とは体積基準累積10%径を、D 90 とは体積基準累積90%径を意味する。粒度分布 は、レーザー散乱粒度分布測定装置で測定し た頻度分布及び累積体積分布曲線で求められ る。粒径の測定は、粒子を水媒体中に超音波 処理などで充分に分散させて粒度分布を測定 する(例えば、日機装社製マイクロトラックHR A(X-100)などを用いる)ことにより行なわれる。

 本発明のリチウム複合酸化物製造における 成は、酸素含有雰囲気下において好ましく 700~1100℃で行われる。かかる焼成温度が、70 0℃より低い場合にはリチウム複合酸化物化 不完全となり、逆に1100℃を超える場合には イクル特性や放電容量が低下する傾向が見 れる。特に、焼成温度は850~1050℃が好適で る。
 このようにして製造されるリチウム含有複 酸化物は、その平均粒径D 50 が好ましくは2~25μm、特に好ましくは8~20μm、 表面積が好ましくは0.1~0.7m 2 /g、特に好ましくは0.15~0.5m 2 /g、CuKαを線源とするX線回折によって測定さ る2θ=66.5±1°の(110)面回折ピーク半値幅が好 しくは0.08~0.14°、特に好ましくは0.08~0.12°、 かつプレス密度がN元素がコバルトの場合、 ましくは3.00~3.50g/cm 3 、特に好ましくは3.20~3.30g/cm 3 であるのが好適である。本発明において、プ レス密度とはリチウム複合酸化物粉末を0.33 ン/cm 2 の圧力でプレスしたときの粉末の見かけ密度 を意味する。
 なお、本発明に係るリチウム含有複合酸化 の粒度分布のヒストグラムは、通常で見ら る正規分布よりも、大粒径側と小粒径側と 分かれた二山形状又は小粒径側にテールを いている形状が好ましい。

 リチウム含有複合酸化物粒子の場合、平均 径D 50 とは、一次粒子が相互に凝集、焼結してなる 二次粒径についての体積平均粒径であり、粒 子が一次粒子のみからなる場合は、一次粒子 についての体積平均粒径を意味する。
 かかるリチウム含有複合酸化物から本発明 リチウム二次電池用の正極を製造する場合 は、かかる複合酸化物の粉末に、アセチレ ブラック、黒鉛、ケッチェンブラックなど カーボン系導電材と結合材を混合すること より形成される。上記結合材には、好まし は、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフ オロエチレン、ポリアミド、カルボキシメ ルセルロース、アクリル樹脂等が用いられ 。本発明のリチウム含有複合酸化物の粉末 導電材及び結合材を溶媒又は分散媒を使用 、スラリー又は混練物とされる。これをア ミニウム箔、ステンレス箔などの正極集電 に塗布などにより担持せしめて本発明のリ ウム二次電池用の正極が製造される。

 本発明の、リチウム含有複合酸化物を正 活物質に用いるリチウム二次電池において セパレータとしては、多孔質ポリエチレン 多孔質ポリプロピレンのフィルムなどが使 される。また、電池の電解質溶液の溶媒と ては、種々の溶媒が使用できるが、なかで 炭酸エステルが好ましい。炭酸エステルは 状、鎖状いずれも使用できる。環状炭酸エ テルとしては、プロピレンカーボネート、 チレンカーボネート(EC)などが例示される。 鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボ ネート、ジエチルカーボネート(DEC)、エチル チルカーボネート(EMC)、メチルプロピルカ ボネート、メチルイソプロピルカーボネー などが例示される。

 本発明の上記リチウム二次電池では、上 炭酸エステルを単独で又は2種以上を混合し て使用できる。また、他の溶媒と混合して使 用してもよい。また、負極活物質の材料によ っては、鎖状炭酸エステルと環状炭酸エステ ルを併用すると、放電容量、サイクル特性、 充放電効率が改良できる場合がある。

 また、本発明の、リチウム含有複合酸化物 正極活物質に用いるリチウム二次電池にお ては、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプ ロピレン共重合体(例えばアトケム社製:商品 カイナー)あるいはフッ化ビニリデン-パー ルオロプロピルビニルエーテル共重合体を むゲルポリマー電解質としてもよい。上記 電解質溶媒又はポリマー電解質に添加され 溶質としては、ClO 4 - 、CF 3 SO 3 - 、BF 4 - 、PF 6 - 、AsF 6 - 、SbF 6 - 、CF 3 CO 2 - 、(CF 3 SO 2 ) 2 N - などをアニオンとするリチウム塩のいずれか 1種以上が好ましく使用される。上記リチウ 塩からなる電解質溶媒又はポリマー電解質 対して、0.2~2.0mol/l(リットル)の濃度で添加す るのが好ましい。この範囲を逸脱すると、イ オン伝導度が低下し、電解質の電気伝導度が 低下する。なかでも、0.5~1.5mol/lが特に好まし い。

 本発明の、リチウム含有複合酸化物を正極 物質に用いるリチウム二次電池において、 極活物質には、リチウムイオンを吸蔵、放 可能な材料が用いられる。この負極活物質 形成する材料は特に限定されないが、例え リチウム金属、リチウム合金、炭素材料、 期表14、又は15族の金属を主体とした酸化物 、炭素化合物、炭化ケイ素化合物、酸化ケイ 素化合物、硫化チタン、炭化ホウ素化合物な どが挙げられる。炭素材料としては、種々の 熱分解条件で有機物を熱分解したものや人造 黒鉛、天然黒鉛、土壌黒鉛、膨張黒鉛、鱗片 状黒鉛などを使用できる。また、酸化物とし ては、酸化スズを主体とする化合物が使用で きる。負極集電体としては、銅箔、ニッケル 箔などが用いられる。かかる負極は、上記活 物質を有機溶媒と混練してスラリーとし、該 スラリーを金属箔集電体に塗布、乾燥、プレ スして得ることにより好ましくは製造される 。
 本発明の、リチウム含有複合酸化物を正極 物質に用いるリチウム二次電池の形状には に制約はない。シート状、フィルム状、折 畳み状、巻回型有底円筒形、ボタン形など 用途に応じて選択される。

 以下に実施例により本発明を具体的に説明 るが、本発明はこれらの実施例に限定して 釈されないことはもちろんである。
[例1]
 硫酸コバルト7水和物582.58g、硫酸マグネシ ム7水和物1.55g、硫酸アルミニウム5.30g、及び 硫酸チタニル6.1gを水2000gに溶解させた。得ら れる溶液に対して、60℃に保った反応槽中でp H11.0になるまで0.1NのNaOH水溶液と0.1Nのアンモ ア水を添加して共沈物を得た。この共沈物 純水で5回洗浄し、120℃で6時間乾燥した。 れにより、組成がCo 0.9955 Mg 0.001 Al 0.003 Ti 0.0005 (OH) 2 であり、D 50 が13μm、Co含量が59.3重量%の水酸化物(大粒径 駆体)を得た。

 次に、硫酸コバルト7水和物573.78g、硫酸マ ネシウム7水和物15.31g、硫酸アルミニウム12.4 6g及び硫酸チタニル6.1gを水2000gに溶解させた 得られた溶液に対して、60℃に保った反応 中でpH11.0になるまで0.5NのNaOH水溶液と0.5Nの ンモニア水を添加して共沈物を得た。この 沈物を純水で5回洗浄し、120℃で6時間乾燥し た。これにより、組成がCo 0.9795 Mg 0.010 Al 0.010 Ti 0.0005 (OH) 2 であり、D 50 が3μm、Co含量58.5重量%の水酸化物(小粒径前駆 体)を得た。

 上記大粒径前駆体151.84g、小粒径前駆体50.80g 、及びLi含量18.7重量%の炭酸リチウム76.08gを 鉢で混合し、酸素含有雰囲気下990℃で14時間 焼成した。これにより、組成がLi 1.00 Co 0.9915 Mg 0.003 Al 0.005 Ti 0.0005 O 2 のリチウム含有複合酸化物粒子を得た。
 得られたリチウム含有複合酸化物粉末の粒 分布をレーザー散乱式粒度分布測定装置を いて水溶媒中にて測定した結果、D 50 が12.7μm、D 10 が8.4μm、D 90 が19.7μmであり、比表面積が0.43m 2 /gの略球状粒子であった。

 このリチウム含有複合酸化物粉末について X線回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用い てX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用し た粉末X線回折において、2θ=66.5±1°の(110)面 回折ピーク半値幅は0.114°であった。この粉 のプレス密度は3.30g/cm 3 であった。

 上記のリチウム含有複合酸化物粉末と、ア チレンブラックと、ポリフッ化ビニリデン 末とを90/5/5の重量比で混合し、N-メチルピ リドンを添加してスラリーを作製し、厚さ20 μmのアルミニウム箔にドクターブレードを用 いて片面塗工した。乾燥し、ロールプレス圧 延を5回行うことによりリチウム電池用の正 体シートを作製した。
 そして、上記正極体シートを打ち抜いたも を正極に用い、厚さ500μmの金属リチウム箔 負極に用い、負極集電体にニッケル箔20μm 使用し、セパレータには厚さ25μmの多孔質ポ リプロピレンを用い、更に電解液には、濃度 1MのLiPF 6 /EC+DEC(1:1)溶液(LiPF 6 を溶質とするECとDECとの重量比(1:1)の混合溶 を意味する。後記する溶媒もこれに準じる )を用いてステンレス製簡易密閉セル型リチ ム電池をアルゴングローブボックス内で2個 組み立てた。

 上記1個の電池については、25℃にて正極 物質1gにつき75mAの負荷電流で4.3Vまで充電し 、正極活物質1gにつき75mAの負荷電流にて2.5V で放電して1回目の充放電時の重量容量密度( 本明細書において、初期重量容量密度という ことがある)を求めた。次に75mAの負荷電流で4 .3Vまで充電し、113mAの負荷電流にて2.5Vまで放 電したときの放電容量を求めた。また、この 電池について、引き続き充放電サイクル試験 を30回行った際の放電容量を求めた。その結 、25℃、2.5~4.3Vにおける正極活物質当りの初 期重量容量密度は、156mAh/gであった。また充 電レート特性に関連する、113mAの高負荷で 電したときの放電容量から求めた高負荷容 維持率は96.3%であった。また30回充放電サイ ル後の容量維持率は99.1%であった。

 また、他方の電池については、4.3Vで10時 充電し、アルゴングローブボックス内で解 し、充電後の正極体シートを取り出し、そ 正極体シートを洗滌後、直径3mmに打ち抜き ECとともにアルミニウム製カプセルに密閉 、示差走査熱量計にて5℃/分の速度で昇温し て発熱開始温度を測定した。その結果、4.3V 電品の発熱曲線の発熱開始温度は156℃であ た。

 上記リチウム含有複合酸化物粉末を、エル ージェット分級機(マツボーEJ-L-3型)を用い 、小粒径粒子:大粒径粒子(重量%比)=30:70に分 した。得られる大粒径粒子は、比表面積は0 .30m 2 /g、D 10 が11.0μm、D 50 が14.4μm、D 90 が20.1μmであり、組成は、Li 1.00 Co 0.9955 Mg 0.001 Al 0.003 Ti 0.0005 O 2 であった。一方、得られる小粒径粒子は、比 表面積は0.90m 2 /g、D 10 が3.2μm、D 50 が4.6μm、D 90 が7.4μmであり、組成がLi 1.00 Co 0.9805 Mg 0.009 Al 0.010 Ti 0.0005 O 2 であった。このときの大粒径粒子に含まれる 添加元素量/小粒径粒子に含まれる添加元素 (yl/ys)は0.23であった。

[例2]比較例
 硫酸コバルト7水和物583.52g、硫酸マグネシ ム7水和物4.57g、硫酸アルミニウム6.20g及び硫 酸チタニル0.6gを水2000gに溶解させた。得られ た溶液に対して、60℃に保った反応槽中でpH11 .0になるまで0.1NのNaOH水溶液と0.1Nのアンモニ 水を添加して共沈物を得た。この共沈物を 水で5回洗浄し、120℃で6時間乾燥した。こ により、組成がCo 0.9915 Mg 0.003 Al 0.005 Ti 0.0005 (OH) 2 であり、D 50 が13μm、Co含量が59.6重量%の水酸化物(大粒径 駆体)を得た。

 次に、硫酸コバルト7水和物583.52g、硫酸マ ネシウム7水和物4.57g、硫酸アルミニウム6.20g 及び硫酸チタニル0.6gを水2000gに溶解させた。 得られる溶液に対して、60℃に保った反応槽 でpH11.0になるまで0.5NのNaOH水溶液と0.5Nのア モニア水を添加して共沈物を得た。この共 物を純水で5回洗浄し、120℃で6時間乾燥し 。これにより、組成がCo 0.9915 Mg 0.003 Al 0.005 Ti 0.0005 (OH) 2 であり、D 50 が3μm、Co含量が59.1重量%の水酸化物(小粒径前 駆体)を得た。
 得られた大粒径前駆体150.70g、小粒径前駆体 50.66g、及びLi含量18.7重量%の炭酸リチウムを76 .08gを乳鉢で混合し、酸素含有雰囲気下990℃ 14時間焼成した。これにより、組成がLi 1.00 Co 0.9915 Mg 0.003 Al 0.005 Ti 0.0005 O 2 のリチウム含有複合酸化物を得た。

 上記焼成物を解砕して得られたリチウム含 複合酸化物粉末の粒度分布をレーザー散乱 粒度分布測定装置を用いて水溶媒中にて測 した結果、D 50 が13.1μm、D 10 が8.0μm、D 90 が20.6μmであり、BET法により求めた比表面積 0.41m 2 /gの略球状のリチウム含有複合酸化物粉末で った。
 このリチウム含有複合酸化物粉末について X線回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用い てX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用し た粉末X線回折において、2θ=66.5±1°の(110)面 回折ピーク半値幅は0.115°であった。この粉 のプレス密度は3.31g/cm 3 であった。

 正極体シートが、上記のリチウム含有複合 化物を用いて作製されたものである以外は 例1と同様に電極及び電池を作製し、評価を 行った。
 その結果、25℃、2.5~4.3Vにおける正極活物質 当りの初期重量容量密度は、156mAh/gであり、 負荷容量維持率は91.1%であり、30回充放電サ イクル後の容量維持率は99.0%であった。

 また、示差走査熱量計にて5℃/分の速度で 温して発熱開始温度を測定した結果、4.3V充 品の発熱曲線の発熱開始温度は151℃であっ 。
 上記リチウム含有複合酸化物粉末を、エル ージェット分級機(マツボーEJ-L-3型)を用い 、小粒径粒子:大粒径粒子(重量%比)=30:70に分 した。得られた大粒径粒子は、比表面積は0 .28m 2 /g、D 10 が11.3μm、D 50 が14.0μm、D 90 が21.3μmであり、組成がLi 1.00 Co 0.9915 Mg 0.003 Al 0.005 Ti 0.0005 O 2 であった。一方、得られた小粒径粒子は、比 表面積は0.91m 2 /g、D 10 が2.8μm、D 50 が4.3μm、D 90 が6.9μmであり、組成がLi 1.00 Co 0.9915 Mg 0.003 Al 0.005 Ti 0.0005 O 2 であった。このときの大粒径粒子に含まれる 添加元素量/小粒径粒子に含まれる添加元素 (yl/ys)は1.00であった。

[例3]
 Mg含量が41.63重量%の水酸化マグネシウム0.36g 、Al含量が4.50重量%の乳酸アルミニウム水溶 6.15g、Ti含量が8.10重量%の乳酸チタン水溶液0. 61g、及びクエン酸一水和物0.86gを水72.02gに混 させた水溶液に対して、コバルト含量が60.0 重量%である、平均粒径17μmのオキシ水酸化コ バルトを70重量%の割合で、及びコバルト含量 が60.0重量%である、平均粒径3μmのオキシ水酸 化コバルトを30重量%の割合で含んだ、オキシ 水酸化コバルトの混合物199.60gを加えて混合 た。

 得られた混合物を80℃の恒温槽にて乾燥し これを、リチウム含量が18.70重量%の炭酸リ ウム76.07gと乳鉢で混合した後、酸素含有雰 気下990℃で14時間焼成した。これにより、組 成がLi 1.00 Co 0.9915 Mg 0.003 Al 0.005 Ti 0.0005 O 2 の焼成物を得た。

 上記焼成物を解砕し、得られたリチウム含 複合酸化物粉末の粒度分布をレーザー散乱 粒度分布測定装置を用いて水溶媒中にて測 した結果、D 50 が14.1μm、D 10 が5.7μm、D 90 が25.3μmであり、BET法により求めた比表面積 0.45m 2 /gの略球状粒子であった。
 このリチウム含有複合酸化物粉末について X線回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用い てX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用し た粉末X線回折において、2θ=66.5±1°の(110)面 回折ピーク半値幅は0.110°であった。この粉 のプレス密度は3.35g/cm 3 であった。

 正極体シートが、上記のリチウム含有複合 化物を用いて作製されたものである以外は 例1と同様に電極及び電池を作製し、評価を 行った。
 その結果、25℃、2.5~4.3Vにおける正極活物質 当りの初期重量容量密度は、156mAh/gであり、 負荷容量維持率は96.9%であり、30回充放電サ イクル後の容量維持率は99.3%であった。

 また、示差走査熱量計にて5℃/分の速度で 温して発熱開始温度を測定した結果、4.3V充 品の発熱曲線の発熱開始温度は158℃であっ 。
 上記リチウム含有複合酸化物を、エルボー ェット分級機(マツボーEJ-L-3型)を用いて、 粒径粒子:大粒径粒子(重量%比)=30:70に分級し 。得られた大粒径粒子は、比表面積は0.17m 2 /g、D 10 が15.1μm、D 50 が18.8μm、D 90 が24.9μmであり、組成がLi 1.00 Co 0.9966 Mg 0.001 Al 0.002 Ti 0.0004 O 2 であった。一方、得られた小粒径粒子は、比 表面積は0.93m 2 /g、D 10 が1.7μm、D 50 が3.1μm、D 90 が6.0μmであり、組成がLi 1.00 Co 0.9724 Mg 0.010 Al 0.017 Ti 0.0006 O 2 であった。このときの大粒径粒子に含まれる 添加元素量/小粒径粒子に含まれる添加元素 (yl/ys)は0.11であった。

 [例4]
 Mg含量が41.63重量%の水酸化マグネシウム1.20g 、Al含量が4.50重量%の乳酸アルミニウム水溶 12.30g、Zr含量14.58重量%の炭酸ジルコニウムア ンモニウム水溶液1.31g、及びクエン酸一水和 3.45gを水61.74gに混合させた水溶液に、コバ ト含量が60.0重量%である、平均粒径17μmのオ シ水酸化コバルトを70重量%の割合で、及び バルト含量が60.0重量%である、平均粒径3μm オキシ水酸化コバルトを30重量%の割合で含 だ、オキシ水酸化コバルトの混合物197.32gを 加え、混合した。得られた混合物を80℃の恒 槽にて乾燥し、リチウム含量が18.70重量%の 酸リチウム77.69gと乳鉢で混合した後、酸素 有雰囲気下990℃で14時間焼成し、組成がLi 1.01 (Co 0.979 Mg 0.01 Al 0.01 Zr 0.001 ) 0.99 O 2 の焼成物を得た。

 上記焼成物を解砕し、得られたリチウム含 複合酸化物粉末の粒度分布をレーザー散乱 粒度分布測定装置を用いて水溶媒中にて測 した結果、平均粒径D 50 が14.9μm、D 10 が4.8μm、D 90 が25.2μmであり、BET法により求めた比表面積 0.25m 2 /gの略球状のリチウム含有複合酸化物粉末で った。
 このリチウム含有複合酸化物粉末について X線回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用い てX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用し た粉末X線回折において、2θ=66.5±1°の(110)面 回折ピーク半値幅は0.106°であった。この粉 のプレス密度は3.25g/cm 3 であった。

 正極体シートが、上記のリチウム含有複合 化物を用いて作製されたものである以外は 例1と同様に電極及び電池を作製し、評価を 行った。
 その結果、25℃、2.5~4.3Vにおける正極活物質 当りの初期重量容量密度は、152mAh/gであり、 負荷容量維持率は96.2%であり、30回充放電サ イクル後の容量維持率は99.5%であった。

 また、示差走査熱量計にて5℃/分の速度で 温して発熱開始温度を測定した結果、4.3V充 品の発熱曲線の発熱開始温度は162℃であっ 。
 上記リチウム含有複合酸化物粉末を、エル ージェット分級機(マツボーEJ-L-3型)を用い 小粒径粒子:大粒径粒子(重量%比)=30:70に分級 た。得られた大粒径粒子は、比表面積は0.10 m 2 /g、D 10 が12.8μm、D 50 が17.1μm、D 90 が26.0μmであり、組成がLi 1.01 (Co 0.9895 Mg 0.005 Al 0.005 Zr 0.0005 ) 0.99 O 2 であった。一方、得られた小粒径粒子は、比 表面積は0.60m 2 /g、D 10 が1.9μm、D 50 が3.0μm、D 90 が6.1μmであり、組成がLi 1.01 (Co 0.9549 Mg 0.021 Al 0.022 Zr 0.0021 ) 0.99 O 2 であった。このときの大粒径粒子に含まれる 添加元素量/小粒径粒子に含まれる添加元素 (yl/ys)は0.23であった。

 [例5]比較例
 Mg含量が41.63重量%の水酸化マグネシウム0.84g 、Al含量が4.50重量%の乳酸アルミニウム水溶 8.62g、Zr含量14.58重量%の炭酸ジルコニウムア モニウム水溶液0.92g、及びクエン酸一水和 2.42gを水36.20gに混合させた水溶液に、コバル ト含量が60.0重量%である、平均粒径13μmのオ シ水酸化コバルト138.12gを加えて混合した。 られた混合物を80℃の恒温槽にて乾燥し、 粒径前駆体を得た。

 次いで、上記オキシ水酸化コバルトをジェ トミルにて平均粒径が約3μmになるように粉 砕した。この粉砕したオキシ水酸化コバルト 59.2gと、Mg含量が41.63重量%の水酸化マグネシ ム0.36g、Al含量が4.50重量%の乳酸アルミニウ 水溶液3.69g、Zr含量14.58重量%の炭酸ジルコニ ムアンモニウム水溶液0.39g、及びクエン酸 水和物1.04gを水15.52gに混合させた水溶液と混 合した。得られた混合物を80℃の高温槽にて 燥して小粒径前駆体を得た。
 上記の大粒径前駆体と小粒径前駆体とを混 し、リチウム含量が18.70重量%の炭酸リチウ 77.69gと乳鉢で混合した。次いで、酸素含有 囲気下990℃で14時間焼成することにより、 成がLi 1.01 (Co 0.979 Mg 0.01 Al 0.01 Zr 0.001 ) 0.99 O 2 の焼成物粉末を得た。

 上記焼成物を解砕し、得られたリチウム含 複合酸化物粉末の粒度分布をレーザー散乱 粒度分布測定装置を用いて水溶媒中にて測 した結果、D 50 が15.1μm、D 10 が6.2μm、D 90 が21.5μmであり、BET法により求めた比表面積 0.25m 2 /gの略球状粒子であった。
 このリチウム含有複合酸化物粉末について X線回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用い てX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用し た粉末X線回折において、2θ=66.5±1°の(110)面 回折ピーク半値幅は0.105°であった。この粉 のプレス密度は3.27g/cm 3 であった。

 正極体シートが、上記のリチウム含有複合 化物を用いて作製されたものである以外は 例1と同様に電極及び電池を作製し、評価を 行った。
 その結果、25℃、2.5~4.3Vにおける正極活物質 当りの初期重量容量密度は、152mAh/gであり、 負荷容量維持率は89.3%であり、30回充放電サ イクル後の容量維持率は99.0%であった。

 また、示差走査熱量計にて5℃/分の速度で 温して発熱開始温度を測定した結果、4.3V充 品の発熱曲線の発熱開始温度は158℃であっ 。
 上記リチウム含有複合酸化物粉末を、エル ージェット分級機(マツボーEJ-L-3型)を用い 、小粒径粒子:大粒径粒子(重量%比)=30:70に分 した。得られた大粒径粒子は、比表面積は0 .11m 2 /g、D 10 が11.9μm、D 50 が17.6μm、D 90 が22.0μmであり、組成がLi 1.01 (Co 0.979 Mg 0.01 Al 0.01 Zr 0.001 ) 0.99 O 2 であった。一方、得られた小粒径粒子は、比 表面積は0.58m 2 /g、D 10 が2.4μm、D 50 が3.6μm、D 90 が6.3μmであり、組成がLi 1.01 (Co 0.979 Mg 0.01 Al 0.01 Zr 0.001 ) 0.99 O 2 であった。このときの大粒径粒子に含まれる 添加元素量/小粒径粒子に含まれる添加元素 (yl/ys)は1.00であった。

 本発明により、体積容量密度が大きく、安 性が高く、サイクル特性に優れ、更には、 放電レート特性に優れた特性を有するリチ ム二次電池用正極ならびに該正極を用いた チウム二次電池が提供される。また、上記 チウム二次電池用正極の材料となるリチウ 含有複合酸化物は本発明の製造方法によっ 得られるものである。それらは、リチウム 次電池分野において有用であり、本分野に ける利用可能性は極めて高い。
 
なお、2006年12月28日に出願された日本特許出 2006-356107号の明細書、特許請求の範囲及び 約書の全内容をここに引用し、本発明の明 書の開示として、取り入れるものである。